JP2012018941A - 裏面電極型太陽電池セル、裏面電極型太陽電池モジュールおよび裏面電極型太陽電池セルの製造方法。 - Google Patents
裏面電極型太陽電池セル、裏面電極型太陽電池モジュールおよび裏面電極型太陽電池セルの製造方法。 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 裏面電極型太陽電池セルにおいて、発電効率を低下させることなく、電極に用いられる銀の使用量を削減する。
【解決手段】 シリコン基板の裏面に、第一導電型半導体不純物拡散領域と第二導電型半導体不純物拡散領域とを備えた裏面電極型太陽電池セルであって、前記第一導電型半導体不純物拡散領域と接触する銀を主成分とするペーストの焼結体に、銅を主成分とするペーストの焼結体が重ねられた第一導電型半導体用電極と、前記第二導電型半導体不純物拡散領域と接触する銀を主成分とするペーストの焼結体に、銅を主成分とするペーストの焼結体が重ねられた第二導電型半導体用電極と、を備え、前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の長手方向に直交する、前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の断面の面積が、前記銀を主成分とするペーストの焼結体の面積より前記銅を主成分とするペーストの焼結体の面積が小となる裏面電極型太陽電池セルを提供する。
【選択図】図４
【解決手段】 シリコン基板の裏面に、第一導電型半導体不純物拡散領域と第二導電型半導体不純物拡散領域とを備えた裏面電極型太陽電池セルであって、前記第一導電型半導体不純物拡散領域と接触する銀を主成分とするペーストの焼結体に、銅を主成分とするペーストの焼結体が重ねられた第一導電型半導体用電極と、前記第二導電型半導体不純物拡散領域と接触する銀を主成分とするペーストの焼結体に、銅を主成分とするペーストの焼結体が重ねられた第二導電型半導体用電極と、を備え、前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の長手方向に直交する、前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の断面の面積が、前記銀を主成分とするペーストの焼結体の面積より前記銅を主成分とするペーストの焼結体の面積が小となる裏面電極型太陽電池セルを提供する。
【選択図】図４
Description
本発明は、シリコン基板の裏面にｐｎ接合を形成し、裏面のみに電極を形成した裏面電極型太陽電池セル、裏面電極型太陽電池モジュールおよび裏面電極型太陽電池の製造方法に関する。
近年、エネルギ資源の枯渇の問題や大気中のＣＯ２の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギの開発が望まれており、太陽電池セルを用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
太陽電池セルとしては、従来から、シリコン基板の主表面のうち太陽光が入射する側の面（受光面）上とその反対側にある裏面上とにそれぞれ電極が形成される両面電極型太陽電池セルと、シリコン基板の裏面上のみに互いに異なる導電型の不純物領域が形成され、該不純物領域に２種類の電極が接続される裏面電極型太陽電池セルとが知られている。
裏面電極型太陽電池セルは、シリコン基板の裏面で一括して配線することが可能であることや、シリコン基板の表面電極が無いためシャドウロスが発生しないことなど、両面電極型太陽電池セルには無い利点があり、近年、裏面電極型太陽電池セルの研究開発が盛んに行われている。
特許文献１には、裏面電極型太陽電池セルが開示されている。図５に示すように、ｐ型電極９１５は、半導体基板９１１に設けられたｐ型領域９１１ａに集まる正孔を収集するために、第一絶縁層９１３に設けられた第一溝部９１３ａおよびパッシベーション層９１２に設けられたパッシベーション層溝部９１２ａに配設され、ｐ型領域９１１ａと接触している。また、ｎ型電極９１６は、半導体基板９１１に設けられたｎ型領域９１１ｂに集まる電子を収集するために、ｎ型電極９１６は、第二絶縁層９１４に設けられた第二溝部９１４ａおよび、パッシベーション層９１２に設けられたパッシベーション層溝部９１２ａに配設され、ｎ型領域９１１ｂと接触している。
特許文献１では、ｐ側電極９１５およびｎ側電極９１６は、たとえば、樹脂型或いは焼結型の導電性ペーストを印刷することにより形成できる。このような導電性ペーストは、銀や銅などの導電性の高い金属を含むことが好ましいと記載されている。
しかしながら、導電性が高い金属を含むペーストであったとしても、たとえば、銅、鉄、アルミニウムおよびニッケルなどのように、シリコン基板との間に大きな接触抵抗が生じる金属を主成分とする導電性ペーストを用いた場合には、銀を主成分とする導電性ペーストを用いた場合と比べて、発電効率が低減するという問題がある。
一方で、銀を主成分とする導電性ペーストを用いてシリコン基板上に電極を形成した場合には、銀を多量に使用する必要がある、という問題点がある。
本発明の目的は、銀を主成分としたペーストのみを用いて電極を構成する場合と比べ、発電効率を低減させることなく、銀の使用量を削減した裏面電極を備えた裏面電極型太陽電池セル、裏面電極型太陽電池モジュールおよび裏面電極型太陽電池セル製造方法を提供することである。
本発明における裏面電極型太陽電池セルは、シリコン基板の裏面に、第一導電型半導体不純物拡散領域と第二導電型半導体不純物拡散領域とを備えた裏面電極型太陽電池セルであって、前記第一導電型半導体不純物拡散領域と接触する銀を主成分とするペーストの焼結体に、銅を主成分とするペーストの焼結体が重ねられた第一導電型半導体用電極と、前記第二導電型半導体不純物拡散領域と接触する銀を主成分とするペーストの焼結体に、銅を主成分とするペーストの焼結体が重ねられた第二導電型半導体用電極と、を備え、 前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の長手方向に直交する、前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の断面の面積が、前記銀を主成分とするペーストの焼結体の面積より前記銅を主成分とするペーストの焼結体の面積は小であることを特徴とする。
さらに、前記銅を主成分とするペーストの焼結体は、少なくとも前記第一導電型半導体不純物拡散領域または前記第二導電型半導体不純物拡散領域と接触していないことが好ましい。
さらに、前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の断面の面積は、前記銀を主成分とするペーストの焼結体の断面の面積が３０００μｍ２未満１００μｍ２以上、前記銅を主成分とするペーストの焼結体の断面の面積が３６２５μｍ２以上であることが好ましい。
さらに、前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の断面の面積は、前記銀を主成分とするペーストの焼結体の断面の面積が１０００μｍ２未満２００μｍ２以上であることが好ましい。
さらに、前記銅を主成分とするペーストの焼結体は、厚さが２００μｍ以下で、隣接する前記銅を主成分とするペーストの焼結体同士が接触していないことを特徴とすることが好ましい。
さらに、前記銅を主成分とするペーストの焼結体は、厚さが１００μｍ以下で、隣接する前記銅を主成分とするペーストの焼結体同士が接触していないことを特徴とすることが好ましい。
本発明によれば、裏面電極型太陽電池セル、裏面電極型太陽電池モジュールおよび裏面電極型太陽電池セル製造方法において、銀を主成分としたペーストの焼結体のみを用いて電極を構成する場合と比べ、発電効率を低減させることなく、銀の使用量を削減することができるとの効果を有する。
以下、本発明について、図面を用いて説明する。
＜太陽電池セルの構成＞
まず、裏面電極型太陽電池セルの構成の概要について説明する。
＜太陽電池セルの構成＞
まず、裏面電極型太陽電池セルの構成の概要について説明する。
図１は、本発明に係る裏面電極型太陽電池セル８の一例を示す概略図であって、図１（ａ）は断面図を、図１（ｂ）は裏面図を表す。
図１に示すように、裏面電極型太陽電池セル８は、シリコン基板１、ｐ型半導体不純物拡散領域３、ｎ型半導体不純物拡散領域４、反射防止膜２、パッシベーション膜５、ｐ型半導体用電極６、ｎ型半導体用電極７を備える。
図１のシリコン基板１は、太陽光の入射する反射防止膜２を備えた側が受光面となり、、受光面の反対側が裏面となる。
シリコン基板１の受光面には、テクスチャ構造などの凹凸構造が形成されており、その凹凸構造を覆うようにして反射防止膜２が形成されている。
シリコン基板１の裏面の内側には、ｐ型半導体不純物拡散領域３およびｎ型半導体不純物拡散領域４が帯状に形成されており、図１（ａ）の断面図において断面の垂直方向に伸びて形成されている。また、ｐ型半導体不純物拡散領域３とｎ型半導体不純物拡散領域４とはシリコン基板１の裏面において、交互に所定の間隔をあけて配置されている。
さらに、シリコン基板１の裏面の外側には、電気的に不安定な性質をおさえるために、保護膜として、パッシベーション膜５が形成されている。
パッシベーション膜５には、開口部であるコンタクトホール５ａが設けられており、ｐ型半導体用電極６およびｎ型半導体用電極７が、パッシベーション膜５に設けられた開口部であるコンタクトホール５ａおよびコンタクトホール５ｂに形成され、シリコン基板１の反対側に突出している。その形状は、電極の長手方向に直交する断面が、たとえば長方形、台形、一段あるいは二段の山形状で形成される。
さらに、ｐ型半導体用電極６はｐ型半導体不純物拡散領域３に沿って、ｎ型半導体用電極７はｎ型半導体不純物拡散領域４に沿って形成されおり、ｐ型半導体用電極６とｎ型半導体用電極７とはシリコン基板１の裏面において、交互に所定の間隔をあけて配置されている。
また、コンタクトホール５ａにおいて、銀ペースト６ａとｐ型半導体不純物拡散領域３とが接触することによって、コンタクト３ａが形成され、コンタクトホール５ｂ銀ペースト７ａとｐ型半導体不純物拡散領域３とが接触することによって、コンタクト４ａが形成されている。
コンタクト３ａおよびコンタクト４ａは、銅、鉄、アルミニウムおよびニッケルなどのように、シリコン基板との間に大きな接触抵抗が生じる金属を主成分としたペーストの焼結体を用いた場合よりも、銀を主成分としたペーストの焼結体を用いた場合の方が電気抵抗が小さいため、太陽電池の発電効率が高くなる。
更に、銀ペースト６ａの焼結体を覆うように、シリコン基板１の外部に銅ペースト６ｂの焼結体が形成され、銀ペースト７ａの焼結体を覆うように、シリコン基板１の外部に銅ペースト７ｂの焼結体が形成されている。
ここで、パッシベーション膜５に設けられた開口部であるコンタクトホール５ａおよびコンタクトホール５ｂにおけるシリコン基板１の剥き出し部分は、銀ペースト６ａの焼結体または銀ペースト７ａの焼結体で覆われているため、銅ペースト６ｂの焼結体および銅ペースト７ｂの焼結体とｐ型半導体不純物拡散領域３およびｐ型半導体不純物拡散領域３とは接触せず、銅ペースト６ｂの焼結体および銅ペースト７ｂの焼結体とシリコン基板とは導通しない。
なお、本発明における裏面電極型太陽電池セルには、上述したシリコン基板の裏面側のみにｐ型半導体用銀電極およびｎ型半導体用銀電極の双方が形成された構成のものだけでなく、ＭＷＴ（Metal Wrap Through）セル（シリコン基板に設けられた貫通孔に電極の一部を配置した構成の太陽電池セル）などのいわゆるバックコンタクト型太陽電池セル、すなわち、太陽電池セルの受光面側と反対側の裏面側から電流を取り出す構造の太陽電池セルが含まれる。
＜太陽電池モジュールの構成＞
次に、裏面電極型太陽電池モジュールの構成について説明する。
＜太陽電池モジュールの構成＞
次に、裏面電極型太陽電池モジュールの構成について説明する。
図２は、本発明における裏面電極型太陽電池モジュール１０の裏面の概観を表している。図２に示すように、隣接する裏面電極型太陽電池セル８のｐ型半導体用電極６とｎ型半導体用電極７とを、接続タブ９によって電気的に接続している。
本発明における裏面電極型太陽電池モジュール１０の一例では、裏面電極型太陽電池セル８の受光面に光が入射することによって発生した電流は、裏面電極型太陽電池セル８のｎ型半導体用電極７およびｐ型半導体用電極６を通じて取り出される。そして、ｎ型半導体用電極７およびｐ型半導体用電極６で取り出された電流は、裏面電極型太陽電池セル８同士を接続した接続タブ９を経由して、裏面電極型太陽電池セル８のｎ型半導体用電極７に接続された図２右上にある接続タブ９と、裏面電極型太陽電池セル８のｐ型半導体用電極６に接続された図２右下にある接続タブ９とから取り出されることになる。
つまり、裏面電極型太陽電池セル８の受光面に光が入射することによって発生した電流は、裏面電極の長手方向にジグザグに流れ、取り出されることになる。
＜太陽電池セルの製造方法＞
次に、図３に示す裏面電極型太陽電池セル８の断面図を参照して、裏面電極型太陽電池セル８の製造方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型導電型半導体を有する多結晶シリコンのインゴット（図示せず）からスライスすることによって、シリコン基板１の表面にスライスダメージ１ａが形成されたシリコン基板１を作製する。ただし、インゴットの素材はｎ型導電型半導体を有する多結晶シリコンに限定されず、ｎ型導電型半導体の代わりにｐ型導電型半導体を用いてもよく、多結晶シリコンの代わりに単結晶シリコンなどを用いてもよい。
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸でエッチングすることによって、スライスダメージ１ａを除去する。ただし、スライスダメージ１ａの除去に用いるエッチング剤は、フッ化水素水溶液と硝酸との混酸に限定されず、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などを用いてもよい。ここで、スライスダメージ１ａの除去後のシリコン基板１の大きさおよび形状は特に限定されないが、シリコン基板１の厚さは、たとえば１００μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。
次に、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１の裏面に、ｐ型半導体不純物拡散領域３およびｎ型半導体不純物拡散領域４を帯状に、交互に形成する。
具体的には、ｐ型半導体不純物拡散領域３は、ｐ型半導体不純物を含むガスを用いた気相拡散またはｐ型半導体不純物を含むペーストを塗布した後に熱処理する塗布拡散によって形成する。ここで、ｐ型半導体不純物拡散領域３は、ｐ型半導体不純物を含み、ｐ型の導電型半導体特性を示す領域であれば特に限定されない。ｐ型半導体不純物としては、たとえばボロンまたはアルミニウムなどのｐ型不純物を用いることができる。
また、ｎ型半導体不純物拡散領域４は、ｎ型半導体不純物を含むガスを用いた気相拡散またはｎ型半導体不純物を含むペーストを塗布した後に熱処理する塗布拡散によって形成する。ここで、ｎ型半導体不純物拡散領域４は、ｎ型半導体不純物を含み、ｎ型の導電型半導体特性を示す領域であれば特に限定されない。ｎ型半導体不純物としては、たとえばリンなどのｎ型不純物を用いることができる。
次に、図３（ｄ）に示すように、酸化シリコンでできたパッシベーション膜５を、シリコン基板１の裏面に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成する。ここで、パッシベーション膜５として用いられる膜は、酸化シリコン膜に限定されず、たとえば、窒化シリコン膜、または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層体などを用いることもできる。
また、パッシベーション膜５の形成方法は、プラズマＣＶＤ法に限定されず、たとえば、熱酸化法なども用いることができる。
また、パッシベーション膜５の厚さは、０．０５μｍ以上１μｍ以下とすることができ、たとえば０．２μｍ程度とすることができる。
次に、図３（ｅ）に示すように、シリコン基板１の受光面の全面にテクスチャ構造などの凹凸構造を形成した後、その凹凸構造上に反射防止膜２を形成する。
具体的には、テクスチャ構造は、水酸化ナトリウムにイソプロピルアルコールを添加した液でシリコン基板１の受光面をエッチングすることにより形成する。ただし、エッチング液は、水酸化ナトリウムにイソプロピルアルコールを添加した液に限定されず、水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加した液を、７０℃以上８０℃以下に加熱したエッチング液を用いてシリコン基板１の受光面をエッチングすることによって形成することもできる。
また、反射防止膜２としては、プラズマＣＶＤ法によって形成された窒化シリコン膜を用いることができる。
次に、図３（ｆ）に示すように、シリコン基板１の裏面のパッシベーション膜５の一部を除去することによってコンタクトホール５ａおよびコンタクトホール５ｂを形成する。
具体的には、コンタクトホール５ａおよびコンタクトホール５ｂはそれぞれ、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホール５ａおよびコンタクトホール５ｂの形成箇所に対応する部分に開口を有するレジストパターンをパッシベーション膜５上に形成した後にレジストパターンの開口からパッシベーション膜５をエッチングにより除去することによって形成される。ただし、コンタクトホール５ａおよびコンタクトホール５ｂの形成方法は、これに限定されず、コンタクトホール５ａおよびコンタクトホール５ｂの形成箇所に対応するパッシベーション膜５の部分にエッチングペーストを塗布した後に加熱することによってパッシベーション膜５をエッチングして除去する方法などにより形成することもできる。
ここで、コンタクトホール５ａはｐ型半導体不純物拡散領域３の表面の少なくとも一部を露出させるようにして形成され、コンタクトホール５ｂはｎ型半導体不純物拡散領域４の表面の少なくとも一部を露出させるようにして形成される。
次に、図３（ｇ）に示すように、コンタクトホール５ａを通してｐ型半導体不純物拡散領域３に接する銀ペースト６ａと、コンタクトホール５ｂを通してｎ型半導体不純物拡散領域４に接する銀ペースト７ａとをスクリーン印刷によって形成する。
ただし、銀ペースト６ａおよび銀ペースト７ａの形成方法は、スクリーン印刷に限定されず、たとえばディスペンサ塗布またはインクジェット塗布などの方法によって供給することもできる。
なお、銀ペースト６ａはコンタクトホール５ａを通してｐ型半導体不純物拡散領域３に接触するように塗布され、銀ペースト７ａはコンタクトホール５ｂを通してｎ型半導体不純物拡散領域４に接するように塗布された後に、銀ペースト６ａおよび銀ペースト７ａを３００℃〜９００℃で焼成することによって形成される。
銀ペースト６ａの焼結体および銀ペースト７ａの焼結体の幅はそれぞれ２０μｍ以上とすることができ、銀ペースト６ａの焼結体および銀ペースト７ａの焼結体の厚さはそれぞれたとえば５μｍ以上とすることができる。ただし、図３において、厚さは上下方向、幅は左右方向の長さを表す。
次に、図３（ｈ）に示すように、銀ペースト６ａおよび銀ペースト７ａのそれぞれの外表面に銅ペースト６ｂおよび銅ペースト７ｂをスクリーン印刷することによって、ｐ型半導体用電極６およびｎ型半導体用電極７を形成する。
ただし、銅ペースト６ｂおよび銅ペースト７ｂの供給方法は、スクリーン印刷に限定されず、たとえばディスペンサ塗布またはインクジェット塗布などの方法によって供給することもできる。
ここで、銅ペースト６ｂおよび銅ペースト７ｂは、銅以外に、金、ニッケル、錫およびその合金を含ませることができる。
なお、ｐ型半導体用電極６は、焼成した銀ペースト６ａ上に銅ペースト６ｂを供給した後に焼成することによって形成され、ｎ型半導体用電極７は、焼成した銀ペースト７ａ上に銅ペースト７ｂを供給した後に焼成することによって形成する。銅ペーストの焼成は、不活性ガス中で、１５０℃〜６００℃の温度で焼成を行うことができる。
さらに、図４を用いて裏面電極について詳しく説明する。ここで、図４は裏面電極の周辺部を拡大した断面図である。
図４に示すように、銅ペースト６ｂの焼結体と銀ペースト６ａの焼結体との界面、および銅ペースト７ｂの焼結体と銀ペースト７ａの焼結体との界面は、接触により電気的に導通していれば良いが、さらに、加熱などして金属結合させることにより、接触抵抗が低減し、発電効率を高めることが好ましい。
また、銅ペースト６ｂの焼結体の幅および銅ペースト７ｂの焼結体の幅（図４の紙面の左右方向の長さ）は、２０μｍ以上とすることができ、厚さ（図４の紙面の上下方向の長さ）はたとえば５μｍ以上とすることができる。
また、銀ペーストおよび銅ペーストの焼成は同工程で実施することも可能である。
同工程で実施するには、銀ペーストを塗布し、さらにその上に銅ペーストを供給した後、焼成工程を実施すればよい。
銀ペーストと銅ペーストとを同工程で焼成する場合には、焼成温度を３００℃〜６００℃に設定することが好ましい。
銀ペーストと銅ペーストとを同工程で焼成することによって、銀ペーストと銅ペーストとの界面での相互の金属結合が強固となり、銀ペースト６ａの焼結体から銅ペースト６ｂの焼結体への電気抵抗および銀ペースト７ａの焼結体から銅ペースト７ｂの焼結体への電気抵抗が低減され、別途焼成した場合に比べて、発電効率の高い裏面電極型太陽電池セルを製造することができる。
また、銅ペーストの焼成は、還元雰囲気下で実施することが好ましい。還元雰囲気下とは、不活性ガス中に一部分子状水素（Ｈ２）を含んだ雰囲気である。なぜなら、還元雰囲気下で銅ペーストを焼成することによって、焼成時の銅ペースト６ｂおよび銅ペースト７ｂの酸化を抑制することができるため、銅ペースト６ｂの焼結体および銅ペースト７ｂの焼結体の焼結性が高められ、より発電効率の高い裏面電極型太陽電池セルを作製することができるからである。
また、銅の焼結体にロール加圧工程を実施することができる。加圧工程での加圧力は、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａに設定することが好ましい。銅の焼結体に加圧工程を実施することによって、銅の焼結体に加圧力を直接的に付与することができるため、銅ペースト６ｂの焼結体および銅ペースト７ｂの焼結体の焼結性が高められ、より発電効率の高い裏面電極型太陽電池セルを作製することができる。
本発明における裏面電極型太陽電池セルの製造方法について、図３（ａ）〜図３（ｈ）に示すに示す裏面電極型太陽電池セル８の断面図を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、ｎ型導電型半導体を有する多結晶シリコンのインゴットからスライスすることによって、シリコン基板１の表面にスライスダメージ１ａが形成されたシリコン基板１を作製した。
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸でエッチングすることによって、スライスダメージ１ａを除去し、１辺がそれぞれ１２６ｍｍの擬似正方形状の受光面および裏面を有し、厚さが２００μｍのシリコン基板１が作製された。
次に、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１の裏面にリンを選択的に拡散して帯状のｎ型半導体不純物拡散領域４を形成するとともに、シリコン基板１の裏面にボロンを選択的に拡散して帯状のｐ型半導体不純物拡散領域３を形成した。ここで、帯状のｎ型半導体不純物拡散領域４と帯状のｐ型半導体不純物拡散領域３とは、長手方向の中心線間の距離が７５０μｍとなるように、シリコン基板１の裏面に交互に形成した。
次に、図３（ｄ）に示すように、酸化シリコンでできたパッシベーション膜５を、シリコン基板１の裏面に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて０．２μｍの厚さで形成した。
次に、図３（ｅ）に示すように、シリコン基板１の受光面の全面にテクスチャ構造を形成した後に、そのテクスチャ構造上に反射防止膜２を形成した。
水酸化ナトリウムにイソプロピルアルコールを添加した液体を７０℃以上８０℃以下に加熱したエッチング液で、シリコン基板１の受光面をエッチングして全面にテクスチャ構造を形成した後、プラズマＣＶＤ法によって窒化シリコンの反射防止膜２を形成した。
次に、図３（ｆ）に示すように、シリコン基板１の裏面のパッシベーション膜５の一部を除去することによってコンタクトホール５ａおよびコンタクトホール５ｂを形成した。
具体的には、コンタクトホール５ａおよびコンタクトホール５ｂはそれぞれ、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホール５ａおよびコンタクトホール５ｂの形成箇所に対応する部分に開口を有するレジストパターンをパッシベーション膜５上に形成した後にレジストパターンの開口からパッシベーション膜５をエッチングにより除去することによって形成した。
ここで、コンタクトホール５ａはｐ型半導体不純物拡散領域３の表面の少なくとも一部を露出させるようにして形成され、コンタクトホール５ｂはｎ型半導体不純物拡散領域４の表面の少なくとも一部を露出させるようにして形成した。
次に、図３（ｇ）に示すように、シリコン基板１の裏面のｎ型半導体不純物拡散領域４上およびｐ型半導体不純物拡散領域３上にそれぞれ銀ペーストをスクリーン印刷した後に、窒素雰囲気に分子状水素を（１０ｖｏｌ％)含ませた環境下で、３００〜９００℃の温度で焼成することによって、厚さ５μｍ、幅２０μｍ、長さ１２４ｍｍの擬似直方体型銀ペースト７ａの焼結体をｎ型半導体不純物拡散領域４上に形成するとともに、厚さ５μｍ、幅２０μｍ、長さ１２４ｍｍの擬似直方体型銀ペースト６ａの焼結体をｐ型半導体不純物拡散領域３上に形成した。
次に、図３（ｈ）に示すように、上記のようにして作製した銀ペースト６ａの焼結体および銀ペースト７ａの焼結体のそれぞれの外表面上に、銅ペーストをスクリーン印刷により塗布し、窒素雰囲気中にて１５０〜６００℃の温度で焼成させ、厚さは６０μｍ、幅は６００μｍ、長さ１２４ｍｍの裏面電極を作製した。
ただし、厚さ、幅、長さとは、図４を参照すると、厚さは図４の上下方向、幅は図４の左右方向、長さは図４の断面に垂直な方向を表す。
次に、本発明における裏面電極型太陽電池の製造方法の他の実施例について説明する。
実施例２において、実施例１と異なるのは、裏面電極の厚さと幅のみで、他は実施例１と同じである。実施例２では、厚さ５μｍ、幅２０μｍ、長さ１２４ｍｍの擬似直方体型銀ペースト７ａの焼結体をｎ型半導体不純物拡散領域４上に形成するとともに、厚さ５μｍ、幅２０μｍ、長さ１２４ｍｍの擬似直方体型銀ペースト６ａの焼結体をｐ型半導体不純物拡散領域３上に形成し、銀ペースト６ａの焼結体および銀ペースト７ａの焼結体のそれぞれの外表面上に、銅ペーストをスクリーン印刷により塗布し、窒素雰囲気中にて１５０〜６００℃の温度で焼成させ、厚さ２５μｍ、幅１４９μｍ、長さ１２４ｍｍの裏面電極を作成した。
さらに、本発明における裏面電極型太陽電池セルの製造方法の他の実施例について説明する。
実施例３において、銅ペーストの塗布方法および焼結方法以外は実施例１の製造方法と同様である。
以下、実施例３における銅ペーストの塗布および焼結方法を説明する。
裏面電極型太陽電池セルのｎ電極およびｐ電極上に銅ペーストをスクリーン印刷により供給し、１５０〜６００℃の温度で焼成させる際に、加圧ローラを用いて加圧した。
裏面電極型太陽電池セルを搬送用のコンベア上で、銅ペーストにかかる圧力が０．５ＭＰａとなるよう加圧ローラの圧力を設定し、加圧ローラで銅ペーストを加圧しながらアルゴン雰囲気中にて焼成工程を実施した。
これにより得られた焼成後の裏面電極の厚さは６０μｍ、幅は６００μｍ、長さは１２４ｍｍとなるよう作製した。
上記のようにして形成された、裏面電極型太陽電池セルでは、銅ペーストに加圧力が付与されることで、焼成工程中での銅微粒子間の焼成が促進され、実施例１よりも導電性に優れた裏面電極を持つ太陽電池セルを形成することができ、実施例１よりも発電効率の優れた裏面電極型太陽電池セルを形成することができた。
次に、本発明における裏面電極型太陽電池の製造方法の他の実施例について説明する。
実施例４において、実施例１と異なるのは、裏面電極の厚さと幅のみで、他は実施例１と同じである。実施例４では、厚さ５μｍ、幅４０μｍ、長さ１２４ｍｍの擬似直方体型銀ペースト７ａの焼結体をｎ型半導体不純物拡散領域４上に形成するとともに、厚さ５μｍ、幅４０μｍ、長さ１２４ｍｍの擬似直方体型銀ペースト６ａの焼結体をｐ型半導体不純物拡散領域３上に形成し、銀ペースト６ａの焼結体および銀ペースト７ａの焼結体のそれぞれの外表面上に、銅ペーストをスクリーン印刷により塗布し、窒素雰囲気中にて１５０〜６００℃の温度で焼成させ、厚さ２０μｍ、幅２００μｍ、長さ１２４ｍｍの裏面電極を作成した。
〔比較例〕
ここで、比較例として、銅ペーストを塗布せず、銀ペーストのみを塗布した裏面電極型太陽電池セルの製造方法について説明する。
ここで、比較例として、銅ペーストを塗布せず、銀ペーストのみを塗布した裏面電極型太陽電池セルの製造方法について説明する。
比較例において、実施例１と異なるのは、ペーストの材質と、電極の厚さと幅のみである。
すなわち、シリコン基板１の裏面のｎ型半導体不純物拡散領域４上およびｐ型半導体不純物拡散領域３上にそれぞれ銀ペーストをスクリーン印刷した後に、窒素雰囲気に分子状水素を（１０ｖｏｌ％)含ませた環境下で、３００〜９００℃の温度で焼成することによって、厚さ３０μｍ、幅１００μｍ、長さ１２４ｍｍの擬似直方体型銀ペースト７ａの焼結体をｎ型半導体不純物拡散領域４上に電極として形成するとともに、厚さ３０μｍ、幅１００μｍ、長さ１２４ｍｍの擬似直方体型銀ペースト６ａの焼結体をｐ型半導体不純物拡散領域３上に電極として形成する。
比較例では実施例１と異なり、銀ペーストが塗布された後、銅ペーストは塗布していない。
上記実施例１〜４と比較例の電極の断面積、銀ペーストの焼結体の体積および電極の抵抗値を求め、表１にまとめた。尚、電極の断面積における丸括弧内の数字は、電極の断面積内の銀ペーストの焼結体の断面積を表す。
表１に示すように、実施例１〜３に用いられる銀ペーストの焼結体の量（１.２４×１０−２ｍｍ３）は、比較例に用いられる銀ペーストの焼結体の量（３．７２×１０−１ｍｍ３）の３０分の１となり、銀の使用量を削減できていることが分かる。また、実施例４に用いられる銀ペーストの焼結体の量（２.４８×１０−２ｍｍ３）は、比較例に用いられる銀ペーストの焼結体の量（３．７２×１０−１ｍｍ３）の１５分の１となり、銀の使用量を削減できていることが分かる。尚、パッシベーション膜５の厚さは０．２μｍ程度と、銀ペーストの焼結体や銅ペーストの焼結体の厚さに比べて非常に小さいため無視した。
次に、実施例１〜４と比較例における、電極の導電性を比較する。
表２は、銅ペーストの焼結体と銀ペーストの焼結体の抵抗率を表す。
表２に示すように、銅ペーストの焼結体の抵抗率は、銀ペーストの焼結体の抵抗率よりも高い。
そこで、表１に示すように、実施例１〜４では、裏面電極の長手方向に直交する断面積を広くすることで、電極の抵抗値を比較例よりも高くするのを避けることができた。
このように、裏面電極の長手方向の抵抗値を下げることで、裏面電極型太陽電池セル８の受光面に光が入射することによって発生した電流を、低抵抗で取り出すことができる。
ここで、実施例１〜４における電極の大きさが、比較例における電極の大きさと比較して大きいのは、多量に使用することを避けたい銀と、多量に使用できる銅との違いに拠る。
よって、表１に示すように、実施例１〜４によれば、比較例と比べて発電効率を低減させることなく、銀の使用量を削減した裏面電極を備えた裏面電極型太陽電池セルを製造することができた。
本発明における裏面電極型太陽電池セルまたは裏面電極型太陽電池セルの製造方法は、実施例１〜４に限定されるものではなく、銀ペーストの焼結体は、銅ペーストの焼結体よりも使用量が少なく、かつシリコン基板１との接触面を覆っていればよく、そのような変形は本願の開示するところである。
また、銀ペーストの焼結体は、銀の量を減らす観点から、長手方向に直行する断面積が３０００μｍ２未満１００μｍ２以上であることが好ましく、かつ少なくともコンタクトホール５ａに位置するｐ型半導体不純物拡散領域３の露出箇所およびコンタクトホール５ｂに位置するｎ型半導体不純物拡散領域４の露出箇所を覆っていることが好ましい。ここで、３０００μｍ２とは、比較例における銀ペーストの焼結体の長手方向に直行する断面積であり、１００μｍ２とは作製可能な最小の大きさ（幅２０μｍ２、厚さ５μｍ２）を表している。
さらに、銀ペーストの焼結体は、銀の量を減らす観点から、長手方向に直行する断面積が１０００μｍ２未満であることが、より好ましく、作成し易さの観点から、２００μｍ２以上であることが、より好ましい。
また、本発明における銅ペーストの焼結体の長手方向に直行する断面積は、比較例における銀ペーストの焼結体の長手方向に直行する断面積（３０００μｍ２）から、比較例における銀ペーストの焼結体の長手方向に直行する断面積（１００μｍ２）を差し引いた、２９００μｍ２の４分の５倍（銀ペーストの焼結体に対する銅ペーストの焼結体の抵抗率の比）、つまり３６２５μｍ２以上であることが好ましい。
また、本発明における銅ペーストの焼結体の幅は、隣接する銅ペーストの焼結体同士が短絡してしまうのを防ぐため、銅ペーストの焼結体同士が接触しない大きさであることが好ましい。
また、本発明における銅ペーストの焼結体の厚さは、２００μｍより大きいと、焼成時に発生する応力によってひび割れが生じたり、ペースト内の溶剤成分が抜けず、抵抗率が下がらないなどの問題が発生する可能性があるため、２００μｍ以下であればよく、１００μｍ以下であれば、より好ましい。
以上、実施例１〜４について具体的に説明を行ったが、本発明はそれらに限定されるものではない。上述した４つの実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。
以上、実施例１〜４について具体的に説明を行ったが、本発明はそれらに限定されるものではない。上述した４つの実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。
本発明は、裏面電極型太陽電池セルの製造に利用することができる。
１ シリコン基板
１ａ スライスダメージ
２ 反射防止膜
３ ｐ型半導体不純物拡散領域
３ａ コンタクト
４ ｎ型半導体不純物拡散領域
４ａ コンタクト
５ パッシベーション膜
５ａ コンタクトホール
５ｂ コンタクトホール
６ ｐ型半導体用電極
６ａ 銀ペースト
６ｂ 銅ペースト
７ ｎ型半導体用電極
７ａ 銀ペースト
７ｂ 銅ペースト
８ 裏面電極型太陽電池セル
９ 接続タブ
１０ 太陽電池モジュール
９１１ 半導体基板
９１１ａ ｐ型領域
９１１ｂ ｎ型領域
９１２ パッシベーション層
９１２ａ パッシベーション層溝部
９１３ 第一絶縁層
９１３ａ 第一溝部
９１４ 第二絶縁層
９１４ａ 第二溝部
９１５ ｐ側電極
９１６ ｎ側電極
１ａ スライスダメージ
２ 反射防止膜
３ ｐ型半導体不純物拡散領域
３ａ コンタクト
４ ｎ型半導体不純物拡散領域
４ａ コンタクト
５ パッシベーション膜
５ａ コンタクトホール
５ｂ コンタクトホール
６ ｐ型半導体用電極
６ａ 銀ペースト
６ｂ 銅ペースト
７ ｎ型半導体用電極
７ａ 銀ペースト
７ｂ 銅ペースト
８ 裏面電極型太陽電池セル
９ 接続タブ
１０ 太陽電池モジュール
９１１ 半導体基板
９１１ａ ｐ型領域
９１１ｂ ｎ型領域
９１２ パッシベーション層
９１２ａ パッシベーション層溝部
９１３ 第一絶縁層
９１３ａ 第一溝部
９１４ 第二絶縁層
９１４ａ 第二溝部
９１５ ｐ側電極
９１６ ｎ側電極
Claims (14)
- シリコン基板の裏面に、
第一導電型半導体不純物拡散領域と第二導電型半導体不純物拡散領域とを備えた裏面電極型太陽電池セルであって、
前記第一導電型半導体不純物拡散領域と接触する銀を主成分とするペーストの焼結体に、銅を主成分とするペーストの焼結体が重ねられた第一導電型半導体用電極と、
前記第二導電型半導体不純物拡散領域と接触する銀を主成分とするペーストの焼結体に、銅を主成分とするペーストの焼結体が重ねられた第二導電型半導体用電極と、
を備え、
前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の長手方向に直交する、前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の断面の面積が、
前記銀を主成分とするペーストの焼結体の面積より前記銅を主成分とするペーストの焼結体の面積は小であることを特徴とする裏面電極型太陽電池セル。 - 前記銅を主成分とするペーストの焼結体は、少なくとも前記第一導電型半導体不純物拡散領域または前記第二導電型半導体不純物拡散領域と接触していないことを特徴とする請求項１に記載の裏面電極型太陽電池セル。
- 前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の断面の面積は、
前記銀を主成分とするペーストの焼結体の断面の面積が３０００μｍ２未満１００μｍ２以上、
前記銅を主成分とするペーストの焼結体の断面の面積が３６２５μｍ２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池セル。 - 前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の断面の面積は、
前記銀を主成分とするペーストの焼結体の断面の面積が１０００μｍ２未満２００μｍ２以上であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の裏面電極型太陽電池セル。 - 前記銅を主成分とするペーストの焼結体は、厚さが２００μｍ以下で、隣接する前記銅を主成分とするペーストの焼結体同士が接触していないことを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の裏面電極型太陽電池セル。
- 前記銅を主成分とするペーストの焼結体は、厚さが１００μｍ以下で、隣接する前記銅を主成分とするペーストの焼結体同士が接触していないことを特徴とする１から５いずれかに記載の裏面電極型太陽電池セル。
- 請求項１から６いずれかに記載の裏面電極型太陽電池セルを複数個、電気的に直列接続してなることを特徴とする裏面電極型太陽電池モジュール。
- 裏面電極型太陽電池セルの製造方法であって、
シリコン基板の裏面に、
半導体不純物拡散領域を形成する工程と、
前記半導体不純物拡散領域と接触するように、銀を主成分とするペーストを塗布する工程と、
銀を主成分とするペーストを還元雰囲気下で焼成する工程と、
前記銀を主成分とするペースト上に銅を主成分とするペーストを塗布する工程と、
前記銅を主成分とするペーストを還元雰囲気下で焼成して、裏面電極を形成する工程と、
を含み、
前記裏面電極の長手方向に直交する、前記銀を主成分とするペーストの焼結体の面積より前記銅を主成分とするペーストの焼結体の面積は小であることを特徴とする裏面電極型太陽電池セルの製造方法。 - 前記銅を主成分とするペーストの焼結体を、少なくとも前記第一導電型半導体不純物拡散領域または前記第二導電型半導体不純物拡散領域と接触させずに作製することを特徴とする請求項８に記載の裏面電極型太陽電池セルの製造方法。
- 前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の断面の面積は、
前記銀を主成分とするペーストの焼結体の断面の面積が３０００μｍ２未満１００μｍ２以上、
前記銅を主成分とするペーストの焼結体の断面の面積が３６２５μｍ２以上となるように作製することを特徴とする請求項８または９に記載の裏面電極型太陽電池セルの製造方法。 - 前記第一導電型半導体用電極および前記第二導電型半導体用電極の断面の面積は、
前記銀を主成分とするペーストの焼結体の断面の面積が１０００μｍ２未満２００μｍ２以上となるように作成することを特徴とする請求項８から１０いずれかに記載の裏面電極型太陽電池セルの製造方法。 - 前記銅を主成分とするペーストの焼結体は、厚さが２００μｍ以下で、隣接する前記銅を主成分とするペーストの焼結体同士を接触させずに作製することを特徴とする請求項８から１１いずれかに記載の裏面電極型太陽電池セルの製造方法。
- 前記銅を主成分とするペーストの焼結体は、厚さが１００μｍ以下で、隣接する前記銅を主成分とするペーストの焼結体同士が接触させずに作製することを特徴とする請求項８から１２いずれかに記載の裏面電極型太陽電池セルの製造方法。
- 前記銅を主成分とするペーストを還元雰囲気下で焼成して前記裏面電極を形成する工程の後、前記銅を主成分とするペーストを、ローラにより加圧する工程
を含む請求項８から１３いずれかに記載の裏面電極型太陽電池セルの製造方法。
Priority Applications (1)
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| JP2010153516A JP2012018941A (ja) | 2010-07-06 | 2010-07-06 | 裏面電極型太陽電池セル、裏面電極型太陽電池モジュールおよび裏面電極型太陽電池セルの製造方法。 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014057028A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-03-27 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 太陽電池及び太陽電池の製造方法 |
| JP2015185577A (ja) * | 2014-03-20 | 2015-10-22 | シャープ株式会社 | 光電変換素子 |
| JP2016511555A (ja) * | 2013-03-13 | 2016-04-14 | サンパワー コーポレイション | 太陽電池の製作における改善された低粘度印刷のための湿式化学研磨のための方法 |
| KR20160062068A (ko) * | 2013-09-27 | 2016-06-01 | 선파워 코포레이션 | 기계적으로 변형된 금속 입자 |
-
2010
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